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干细胞的发育机制的奥秘

  最近,科学家发现了影响胚胎干细胞发育的机械因素的奥秘,这是由于独特的细胞结构。7月3日,清华大学、北京航空航天大学和哈佛大学的学者在细胞系统中发表了一篇文章。他们发现小鼠胚胎干细胞集落的表面张力随着增殖和分化的过程而演变,其表面张力来自三维超细胞肌动蛋白皮层的收缩。

  干细胞生长的环境很复杂。不同弹性的细胞外基质能诱导间充质干细胞分化为神经细胞和成骨细胞。然而,细胞感受细胞力学微环境的过程实际上是细胞将感受到的机械刺激转化为生化信号的过程。这个过程被称为细胞力学信号传导。论文的第一作者杜静(Du Jing)告诉《中国科学日报》,平板培养的上皮细胞一般生长在单层,立体感差。一种自发形成的具有非常立体结构的干细胞集落引起了研究团队的注意。

  干细胞集落如何自发地保持它们独特的形状?机械的机械因素可能是答案。

干细胞的发育机制的奥秘

  用原子力显微镜检测干细胞集落弹性模量的演变,用显微激光切割检测集落的表面张力。研究小组发现,随着干细胞的生长和分化,小鼠胚胎干细胞集落的表面张力逐渐减弱。菌落表面的微丝骨架是张力形成的重要原因。这些微丝骨架在肌球蛋白的作用下会产生收缩力,从而对菌落内的细胞施加压力。

  研究人员进一步发现,小鼠胚胎干细胞群的内压可以促进Nanog和Oct4基因的表达,这种超细胞三维肌动蛋白皮层对胚泡发育也有积极影响。

  “关于机械因素对胚胎干细胞影响的研究较少。除了基因调控和生化信号的影响,我们的研究还引入了机械因素。”杜静说。今后,研究小组将继续探索菌落表面张力变化的内在机制。论文的第一作者是清华大学,通讯员是北京航空航天大学副教授杜静、哈佛大学教授大卫·魏茨和清华大学教授冯西桥。

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